聚氨酯胶粘剂分类

2025-03-29 23:34:15

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水性聚氨酯胶粘剂特点和分类
水性聚氨胶粘剂是指聚氨酯溶于水或分散于水中所形成的胶粘剂，也称为水基聚氨酯胶粘剂。

1、特点

水性聚氨酯胶粘剂除了保持聚氨酯的优点外，与溶剂型聚氨酯胶粘剂相比，还有其独特之处。

（1）以水为介质，无毒不燃，无公害、无危险，气味小，不污染环境，节省能源，适用于易被有机溶剂侵蚀的基材。

（2）粘度较低，且可用水溶性增稠剂和水进行调节，操作方便，残胶易于清理。

（3）可与多种水性树脂混合，利于改进性能和降低成本，但要注意离子性质和酸碱性，以防凝聚。

（4）含有羧基、羟基等基团，在适宜条件下可参与反应，产生交联，提高性能

（5）对非极性基材湿润性差

（6）干燥速度慢，初始粘性低，耐水性不佳。

2、分类

可按多种方法进行分类

一、按聚氨酯的结构分类

（1）按原料及结构可分为聚氨酯乳液、乙烯基聚氨酯乳液、多异氰酸酯乳液、封闭型聚氨酯乳液。

（2）聚氨乳液还可细分为聚氨酯乳液和聚氨酯-脲乳液，后者是指聚氨酯预聚体在水中分散同时通过水或二胺扩链形成的乳液。

（3）按分子孙结构可分为线性聚氨酯乳液（热塑性）和交联型聚氨酯乳液（热固型）。交联型又分为内交联型和外交联型.

二、按亲水基团的性质分类

（1）阴离子型大多数水性聚氨酯胶粘剂是以含羧基或磺酸盐扩链引入羧基或磺酸离子。

（2）阳离子型一般是指主链或侧链上含有铵离子（多为季铵离子）或硫离子的水性聚氨酯。

（3）非离子型分子中含有非离子型亲水链段或亲水性基团。

（4）混合型分子结构中同时存在离子型和非离子型亲水链段或基团。

三、按制备方法分类

（1）自乳化法和外乳化法。

（2）预聚体法、丙酮法、熔融分散法。

（3）酮亚胺-甲酮连氮法。

四、按使用形式分类

按使用形式可分为单组分和双组分水性聚氨酯胶粘剂。

3、水性聚氨酯的制备

水性聚氨酯的制备不同于一般合成树脂乳液采用的方法，一般需将低聚物二元醇（或多元醇）和二异氰酯预先反应，制成一定相对质量的预聚体或高相对分子质量的聚氨酯，此后采用相转移方法将之溶解或乳化于水中。制备聚氨酯乳液的关键是选择适当的分散方法。

1、水性聚氨酯的制备方法

水性聚氨酯的制备主要有以下几种方法。

（1）由低聚物二元醇、二异氰酸酯，或者低分子扩链剂，制备NCO封端聚氨酯预聚体，或在有机溶剂中制备高相对分子质量聚氨酯，在乳化剂及高剪切作用进行乳化。称为强制乳化法。

（2）由中低相对分子质量的聚氧化乙烯二醇（或含PEO链节的共聚物二醇、与其他低聚物多元醇共混物）作为低聚物二醇原料，与二异氰酸酯（及扩链剂）制备聚氨酯或其他预聚体，再分散于水中。

（3）先制备含PEO等亲水性链节或基团的端NCO预聚体，再与来硫酸氢钠醇水反应并乳化；预聚体还可与酮肟或已内酰胺等封闭剂反应，并乳化于水，形成封闭型聚氨酯乳液。也称为封端异氰酸酯法。

（4）端NCO聚氨酯预聚体与多元胺反应，制备聚氨酯-脲-多胺（PUUA），再在水溶液中乳化。或将PUUA与环氧氯丙烷的加
成物在酸性水溶液中乳化，得到阳离子型聚氨酯乳液。PUUA与二元酸酐反应，在碱性水溶液中乳化，可得阴离子型聚

氨酯乳液。

（4）采用含羧基、磺酸基团或叔胺基团的扩链剂制备聚氨酯或其预聚体，中和，制成离子型聚氨酯并乳化。

（5）利用聚氨酯的胺基与甲醛反应，或含NCO的聚氨酯预聚体与过量三乙醇胺反应使聚氨酯带有亲水的羟甲基。

（6）采用含羧基、磺酸钠或叔胺基团的低聚物多元醇制备聚氨酯预聚体并离子化，乳化于水。

2、羧酸型聚氨酯乳液的制备

由低聚物二元醇、二异氰酸酯含羧基的二羟基化合物合成聚氨酯预聚体，并在水乳化。常用的含羧基扩链剂是二羟甲基丙酸（DMPA）。

具体合成方法是将聚醚多元醇（）400g与XDI反应制得NCO含量10.7%的预聚体，再用DMPA 83g及1，4-丁二醇的丙酮溶液56g扩链，得到50%浓度的聚氨酯溶液。用三乙胺50g中和，加水乳化成固含量为30%的聚氨酯乳液。该乳液加入3%的甘油多缩水甘油醚作交联剂，可得到用于食品软包装复合薄膜用水性聚氨酯胶粘剂。

3、磺酸型聚氨酯乳液

将聚已二酸已二醇新戊二醇酯二醇（羟值56mgKOH.g-1）2000g与HDI 289g在5500ml丙酮中加热反应若干小时，制得聚氨酯预聚体。再加入含47.5g乙二胺基乙磺酸钠的水溶液约为550g，搅拌乳化，并减压蒸馏除去丙酮，加水稀释，便得聚氨酯溶液。

4、阳离子型聚氨酯乳液

5、非离子型水性聚氨酯

双酚A为起始的聚氧化丙烯二醇396g、聚氧化丙烯三醇890g、TDI 365.4及甲苯165g制得聚氨酯预聚体。非离子表面活性剂（聚氧化乙烯二醇和双酚A环氧树脂为原料）4g溶于70g水中，在100C加入到由30g甲苯稀释的110g上述预聚体中，剧烈搅拌，并加入含2-甲基哌嗪4.9g和吗啡啉1.6g的4.7g冷水内，使预聚体乳化并扩链，得到聚氨酯乳液。其成膜物拉伸强度14.2Mpa，伸长率420%，硬度（邵氏A）67。

4、性能

聚氨酯乳液的微粒径大小对乳液的外观、稳定性、成膜性、湿润性、胶膜性能及粘接强度都有较大的影响。粒径越小，乳液处观越透明。乳液的微粒越细，乳液的各种性能越好。

表面张力是影响水性聚氨酯对基材湿润性的重要因素。水性聚氨酯的表面张力一般为40~60mN.m-1，为了有效地粘接低能表面，可添加湿润性（流平剂），如含15%有机氟的表面活性剂（Megafac F-813），降低聚氨酯乳液的表面张力。

水性聚氨酯主要介质是水，通常比有机溶剂挥发性低，故干燥速度慢，水性聚氨酯胶粘剂的最低成膜温度为00C左右，因为不含有乳化剂，室温下干燥能形成有光泽、均匀和韧性的薄膜。乳液的干燥成膜与空气的湿度和温度有关。

一般来说，水性聚氨酯的固态强度比溶剂型聚氨酯的强度低，但通过原料、配方、工艺的选择，能使水性聚氨酯的性能与溶剂型相媲美，如德国巴斯夫（BASF）公司阴离子聚醚型水性聚氨酯复合薄膜胶粘剂的性能已达到双组分溶剂型聚氨酯胶粘剂的水平。

水性聚氨酯一般由含水基团，尤其是含离子基团的聚氨酯组成，若干燥时成盐试剂能逸出，则羧基亲水性较弱，成膜获得疏水性；如果是热塑性聚氨酯，成盐试剂不能逸出，则羧基亲水性基团残留，则胶膜耐水性差。通过热处理和采用交联剂可提高耐水性。水性聚氨酯具有较多的极性基团，如氨酯键、脲键、离子键，对极性基材、多孔基材有良好的粘接性能，尤其是对含增塑剂的软质PVC具有优良的粘接性，但对不同基材的粘接强度有差别。

聚氨酯乳液的储存稳定性与微粒径和聚氨酯的耐水解必性有关。通常将乳液在离心机中以3000r.min-1转速离心沉降15 min后，若无沉淀析出，则可认为有6个月的储存稳定期。如果聚氨酯耐水解性差，便会在储存过程缓慢降解，产生羧基，PH值降低，使乳液凝聚。在储存过程中应防止冻结和长期高温。
来源：中国包装网作者：时间：2008-04-24 点击： 23 5、提高水性聚氨酯胶粘剂性能的途径
近年来，对水性聚氨酯胶粘剂干燥速度慢、初粘性低、对非极性基材湿润性差、耐水性不佳、耐热性不高等问题进行大量的研究，提出了一些进措施。

一、调整结构

（1）在保证乳液稳定性的前提下，亲水基团的含量尽可能低，可提高胶膜的耐水性。

（2）聚醚多元醇相对分子质量越小，则胶膜越硬，耐水性也较好。

二、改进工艺

采用工艺性能优良的乳化设备。进行热处理可提高胶膜的强度和耐水性。对于交联型水性聚氨酯，加热能形成交联结构，使耐水、耐热性能提高。对于热塑性水性聚氨酯，受热会使三乙醇胺、氨、醋酸等盐试剂从胶膜中脱出，增加疏水性。另外，也会产生一定程度的交联和支化。

三、交联改性

交联是提高水性聚氨酯性能的有效方法，可提高胶膜的耐水性、耐热性和粘接强度。交联分为内交联和外交联。所谓内交联就是在合成时使水性聚氨酯含有反应性的官能团，经热处理后便能形成交联。如采用部分三官能团的多元醇或异氰酸酯、引入胺基或环氧基团、封闭型异氰酸酯乳液、多官能团交联剂等都可制得内交联水性聚氨酯。内交联方法的缺点是预聚体粘度很大，难以乳化。同时聚氨酯微粒间聚集性差，成膜性能不好。

外交联法即是在使用前添加交联剂，在成膜过程或成膜之后，加热产生化学反应，形成交联的胶膜。与内交联相比，所得乳液性能好，其缺点是为双组分体系，没有单组分型方便。在工业上大都对羧酸型阴离子乳液进行交联，外交联法又分为高温交联法和室温交联法。用甲醛、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧化合物人交联剂，一般在120~1800C下进行交联反应。以氮丙啶、碳化二亚胺、多异氰酸酯、金属盐类化合物为交联剂，在室温条件下进行交联，但因交联反应迅速进行，短时间内易产生凝胶，一般是在使用聚氨酯乳液时加入交联剂。

一、复合改性

为了改善水性聚氨酯的某些性能，可与其他水性树脂如环氧树脂乳液、丙烯酸酯乳液、VAE乳液、氯丁胶乳、天然胶乳、聚醋酸乙烯乳液、脲醛树脂等共混，制成新的水性胶粘剂，其性能有所提高。将水性聚氨酸与环氧树脂乳液共混，提高粘合性、耐水性和耐溶剂性等。

水性聚氨酯与丙烯酸酯乳液共混，其性能介于聚氨酯和丙烯酸酯乳液之间。

聚氨酯和丙烯酸酯共聚复合乳液（PUA）具有优异的性能，对金属粘接性良好，耐耐溶剂性提高。共聚复合的工艺首先是合成以丙烯酸羟乙（或丙）酯为端基的聚氨酯预聚物，乳化分散后再与丙烯酸单体进行乳液共聚，即得PUA复合乳液。

水性聚氨酯还可作“种子聚合物”，并作为高分子乳化剂，加入丙烯酸酯、丙烯腈、醋酸乙烯、苯乙烯等单体，以过硫酸盐为引发剂，进行无皂乳液聚合，制得核壳型杂合水性树，其性能比单纯用丙烯酸酯乳液与聚氨酯乳液共混为好。PUA复合乳液技术是当今国际上高分子材料研究的又一新成果，也是水性聚氨酯发展的一个新方向。

五、接枝改性

在聚氨酯乳液中加入适量（约20%）的苯乙烯单体，通过原位聚合法制得了聚氨酯-苯乙烯接枝乳液，提高了粘接性和耐水性。将N210聚醚、TDI、DMPA（二羟甲基丙酸）（5.9%）N-甲基吡咯烷酮加入装有搅拌器和温度计的三口反应瓶中。NCO：OH=（1.3~1.4）:1于800C反应3h。当-NCO值达到或略低于理论值时，冷却至600C，加入三乙醇胺进行中各，得到预聚体。将预聚体。将预聚体冷却至300C，在搅拌下加入50C定量的去离子水，再加入适量的扩链剂乙二胺，于300C搅拌4h，制得聚氨酯（PUL）。在装有搅拌器和温度计的四口反应瓶内加入已合成的PUL和苯乙烯单体，搅拌乳化30min，升温到一定温度加入引发体系（叔丁基过氧化氢：四乙烯五胺=1：1.5）2.8~4.2*10-3/100g，在500C反应4h，最后制得PUL-苯乙烯接枝乳液，转化率为91%，接枝效率为62.7%。

6、水性乙烯基聚氨酯胶粘剂

水性乙烯基聚氨酯胶粘剂是指多异氰酸酯（或其预聚体）有机溶液分散在聚乙烯醇、羧甲基纤维素的水溶液中，或醋酸乙烯乳液、丙烯酸酯乳液、VAE乳液、丁苯胶乳等乙烯基乳液中而成的胶粘剂，又称为水性高分子异氰酸酯胶粘剂（API）。水性乙烯基聚氨酯胶粘剂可为水溶型或乳液型的，又有单组分和双组分之分。

一、水性胶粘剂的组成

（1）乙烯基聚合物常用有有聚乙烯（PVA）水溶液或乙烯基合成树脂乳液，PVA的聚合度为300~2500，醇解度为88~99%，质量百分数浓度5%~20%为宜。

（2）多异氰酸酯可用于制造水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的多异氰酸酯有PAPI、MDI、TDI、TDI-TMP加成物、HDI、XDI、三苯甲烷三异氰酸酯等，以及它们与多元醇制成端NCO预聚体。最为常用的是PAPI（多亚甲基多苯基多异氰酸酯）。

（3）溶剂原则上讲，凡能溶解多异氰酸及其预聚体的溶剂都能用，如脂肪族的芳香族烃类、酮类、酯类，但与水不相溶的有机溶剂更为合适，因为溶剂与水不相溶，水不能很快进入多异氰酸酯和溶剂组成的微细液滴，溶剂保护液滴内部NCO基团不与水反应，使胶粘剂有适宜的使用期。溶剂在水中的溶解性越小，胶粘剂的耐水性越好。

溶剂名称
沸点

在水中的溶解性

在水浸泡后粘接强度

邻苯二甲酸二丁酯（DBP）

邻苯二甲酸二辛酯（DOP）

甲苯

二氯甲烷

醋酸溶纤剂

甲乙酮

醋酸乙酯
339

386

111

40

145

80

77
极小

极小

极小

极小

中等

中等

小
1.23

1.0

1.37

1.41

自然剥离

自然剥离

自然剥离

注：胶粘剂配方：PVA（聚合度1700，醇解度98.5，10份配成10%水溶液；PAPI6.6份、溶剂13.4份配成溶液粘土20份）

注：胶粘剂配方：PVA（聚合度1700，醇解度98.5，10份配成10%水溶液；PAPI6.6份、溶剂13.4份配成溶液粘土20份）

（4）填料在胶粘剂中加入填料，如淀粉、粘土、高岭土、滑石粉等可降低成本，防止渗透，有的还能与异氰酸酯基团反应，提高粘度强度和耐水性。

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